高铁轨道为什么铺石子:道砟的作用与局限

高铁轨道为什么铺石子,这些石子正式名称叫道砟,主要承担分散列车荷载、排水、减震降噪、调整轨道几何尺寸、约束轨枕位移的功能,有砟轨道造价偏低、维修更换便捷,适合普速线路和部分速度200km/h以内的城际高铁;时速250km及以上主流高铁大多采用无砟轨道,不铺道砟,高速下道砟容易被气流掀起、粉化板结,养护频次会明显上升,道床稳定性不容易长期维持。

高铁轨道道砟的受力与排水原理

单根钢轨传递下来的压力集中在轨枕底面,道砟依靠石块之间相互咬合形成的散体结构,把集中压力向下方路基大范围扩散,降低路基表层单位面积承受的压强,减少路基沉降概率。道砟选用硬度高、韧性较好的花岗岩碎石,不使用圆滑卵石,卵石互相打滑,很难锁定轨枕位置,反复行车后轨道容易跑偏。石块之间留存大量空隙,雨水可以顺着空隙快速排走,避免积水浸泡路基,防止路基软化、翻浆冒泥,翻浆冒泥就是泥浆从道砟缝隙向上翻涌,会直接造成轨道高低不平。

道砟空隙可以吸收轮轨撞击产生的振动,削弱振动向路基和周边地面传递,同步降低沿线噪声。列车通过时轮轨持续冲击,轨道位置会出现微小偏移,养护人员可以通过增减、扒修道砟,快速校正轨道的高低、方向,维修工序简单,不需要大型固定工装。

高铁轨道道砟的使用边界

高速气流会扰动道砟石块。

列车速度提升之后,车头、车厢底部形成的强大负压气流会拉扯道砟,小块碎石有飞起击打车体、车窗的风险,也就是业内所说的道砟飞溅问题。长期高频冲击下,碎石表面不断互相摩擦挤压,逐步粉碎变成石粉,石粉填满空隙之后,道床排水能力下降,整体变硬失去弹性,进入板结状态,板结道床很难再通过简单扒砟调整轨道,需要大规模清筛换砟,单次养护工期长,对线路运营干扰大。国内时速300到350公里的高铁线路,大多采用板式无砟轨道,轨道板直接浇筑在底座上,取消道砟,规避这类问题。

有砟轨道和无砟轨道对比

轨道类型是否铺石子适用速度养护特点
有砟轨道是200km/h及以下居多维修灵活,长期养护成本偏高
无砟轨道否250km/h至350km/h前期造价高,后期养护量较少

道砟选材有固定要求,石块不能有太多风化裂纹,粒径维持在20毫米至70毫米区间,片状、针状碎石占比需要控制在较低水平,针片石容易断裂,咬合能力弱,道床更容易变形。线路开通之后,养护单位会定期开展道砟清筛作业,筛除石粉和细碎屑,恢复道床空隙和弹性,清筛周期和行车密度、沿线降水条件直接相关,多雨地区清筛间隔会适当缩短。

不是所有高铁都不用石子,部分支线高铁、联络线、车站到发线仍然保留有砟轨道,这类区段列车通过速度偏低,道砟飞溅风险可控,选用有砟方案可以压缩建设投入。判断一条高铁线路有没有铺石子,你可以直接看线路设计时速,250公里以上的正线,优先按无砟轨道设计,地面看不到碎石道床。

道床下面还设置垫层,垫层一般是级配砂石层,起到二次过滤作用,阻挡路基泥土向上渗入道砟空隙,延缓道床污染板结速度。如果缺少垫层,泥土持续混进道砟,排水失效速度会明显加快,轨道病害出现频次随之上升。

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